基于海綿城市理念下城市道路排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設計分析

孫雙艷

上海市建工設計研究總院有限公司

1 引言

海綿城市理念是新時代提出的一項內(nèi)容，對城市道路排水建設可以提供依據(jù)，道路鋪裝、排水不通暢等嚴重威脅城市道路質(zhì)量的不利因素，會對道路造成極大損壞，以下通過對城市道路排水系統(tǒng)設計內(nèi)容的不斷創(chuàng)新，確保道路排水系統(tǒng)設計與道路排水要求保持一致，并滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的要求，為城市生態(tài)環(huán)境改善作出卓越貢獻。

2 城市道路排水系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展

關于城市排水系統(tǒng)方面研究國內(nèi)以及國外具有相關研究，在國外，排水系統(tǒng)發(fā)展進程主要有早期、點源治理以及暴雨管理階段，排水系統(tǒng)在設計期間更加看重城市道路排水系統(tǒng)全局思考以及設計，具有前瞻性，比如德國開發(fā)洼地-滲渠，這種城市暴雨管理新系統(tǒng)在歐洲國家應用較多。本城市排水系統(tǒng)有滲渠、就地設置洼地，這兩者與已經(jīng)帶有空洞排水管道連接，進而就可以形成分散雨水處理體系?？梢詫⒃O在水徑流源頭，常見的就是停車場或是靠近屋面，將雨水可以在低洼草地上儲存一段時間，也可在滲渠中長期儲存，使得水分可以充分下滲。美國雨水排放系統(tǒng)主要作用是增加雨水天然入滲能力，例如美國“Leaky Areas”地下回灌系統(tǒng)[1]。

而我國的城市道路排水系統(tǒng)的研究與國外比較晚很多，目前采用大多是傳統(tǒng)排水設備系統(tǒng)，技術要求以及規(guī)范均比較低。而隨著近幾年來，城市雨水處理利用技術推廣以及城市污染控制，使得雨水凈化處理技術研究已經(jīng)得到廣泛關注，例如北京僅僅只有天安門等一些重點區(qū)域的排水系統(tǒng)對雨水排水設計更加關注，而一些其他區(qū)域的排水系統(tǒng)排水能力還處于一般水平，無法滿足雨水排放需求，造成一些區(qū)域在近些年來產(chǎn)生的道路積水便會難以得到有效排放，不利于道路正常運作。在很多年前，有的國人對雨水排水系統(tǒng)的地下水體系進行一定完善，使得青島地區(qū)內(nèi)澇產(chǎn)生的概率較少。而贛州，宋代修建排水系統(tǒng)福壽溝依舊發(fā)揮著排水效果，可是青島以及贛州發(fā)展，人們距離老城區(qū)更遠，一些老城區(qū)還可以得到排水,新區(qū)對排水系統(tǒng)建設卻很少，一旦城市道路發(fā)生暴雨，很容易產(chǎn)生內(nèi)澇[2]。

3 海綿城市的內(nèi)涵

3.1 海綿城市理念提出

海綿城市這一理念是在仇保興[1]發(fā)表的《海綿城市（LID）的內(nèi)涵、途徑與展望》、《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建（試行）》提出來的，文件對海綿城市定義明確，所謂海綿城市就是保障城市可以如海綿一樣，隨自然災害以及環(huán)境變化有較好彈性，下雨天可以蓄水、滲水、吸水、凈水，若是需要用水就可以將已經(jīng)長期儲存水量釋放，并使其得到恰當且充分地應用[3]。

3.2 海綿城市建設理念的作用以及價值

建設海綿城市，基本原則就是需要創(chuàng)建科學雨水系統(tǒng)，將雨水進行短時間儲存，并將其匯集或是緩慢下滲到生態(tài)水系的系統(tǒng)中，這種方式可以將城市排水負擔緩解，將原有的市政排水設施抵抗能力極大提高，同時也可以起到復活泉水、涵養(yǎng)水源、補充地下水的作用，能保障城市地表地下水系環(huán)境得到快速恢復?，F(xiàn)階段，海綿城市理念已成為目前我國城市建設的趨勢，我國大量城市已經(jīng)著手探索海綿城市建設過程，進而有效實現(xiàn)環(huán)境保護以及城市發(fā)展之間平衡，在不影響環(huán)境保護前提下，促進城市發(fā)展速度提高。通過海綿城市建設，可以將城市可能產(chǎn)生的洪澇問題解決。由于我國傳統(tǒng)對土地開發(fā)或是大面積城市道路出現(xiàn)硬化問題不夠重視，地下面滯留水分以及透水功能下降。

夏季城市洪澇頻繁出生，對人們生命健康以及生命安全產(chǎn)生極大威脅，海綿城市理念應用可以將城市道路管道功能調(diào)節(jié)，緩解內(nèi)澇。另外，作為政府以及國家支持的城市建設基礎設施，海綿城市理念與我國生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略以及思想吻合，可以對我國經(jīng)濟起到積極推進作用，保障經(jīng)濟持續(xù)增長，實現(xiàn)我國生態(tài)發(fā)展，同時海綿城市建設理念也可以改善人們生活條件，將城市建設的綠色面積擴大，為我國自然生態(tài)環(huán)境建設貢獻自己一份力量，可見海綿城市建設理念對我國經(jīng)濟發(fā)展以及環(huán)境生態(tài)保護有一定的價值以及意義。

4 基于海綿城市理念下城市道路排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設計分析

在建滔濱江?；▓@工程中，本人以海綿城城市建設理念為依據(jù)，通過對水系統(tǒng)以及水系附近綠化景觀結構改造，構建良好生態(tài)環(huán)境，進而滿足海綿城市建設理念要求。通過了解到傳統(tǒng)設計方案存在問題以及面臨的挑戰(zhàn)，例如綠化帶、排水溝等，對城市道路排水系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計，實現(xiàn)景觀周圍道路水系統(tǒng)良好運作，為景觀結構改造提供極大便利。海綿城市建設創(chuàng)新設計主要是為了將城市空間規(guī)劃建設面積擴大，改善排水系統(tǒng)水城海綿形狀，通過城市建設中規(guī)劃管理，將綠植、道路以及建筑等自然系統(tǒng)，使其可以吸收雨水，儲藏雨水以及雨水緩釋功能極大發(fā)揮出來，進而實現(xiàn)道路雨水有效處理，使得雨水可得到自然滲透、自然升華以及寄存，減少洪災產(chǎn)生。

4.1 排水溝設計

城市道路排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設計可以先行排水溝設計，設計人員首先應對城市道路地形地貌、土壤質(zhì)量以及環(huán)境特征等熟悉，并設計排水溝，使得積水得到及時排放，實地調(diào)查期間，設計人員應對城市道路水利情況實地考察，這為排水涵管數(shù)量確定提供很大幫助，減少其對城市道路路基造成損害。由于雨水會對城市道路路基產(chǎn)生深遠的影響，因此排水溝設計，需將水對道路路基傷害慎重考量，將水分阻擋在路基外。

4.2 生態(tài)邊溝設計

生態(tài)邊溝主要是將集水井以及綠化帶互相集合的雨水收集模式，溝面是草坪，并在下面鋪設濾料，一般會將生態(tài)邊溝在路邊設置，在城市道路車行道邊側右邊盡量不設計雨水口，讓雨水直接流入溝內(nèi)門之后，在濾料基礎上下滲到地下。如果雨水量超過標準，就會進入集水井，若是部分雨水在集水井的兩側雨水還未及時下滲，可通過溝面徑流方式進入平入式雨水口，最后流入雨水管內(nèi)。設置生態(tài)邊溝形式應保障集水井收集能力足夠，將徑流量減少，將路面污染物進行有效且全面過濾，減少路面技術以及水口堵塞問題產(chǎn)生，對城市生態(tài)景觀效果的提升有積極意義。

4.3 綠化帶設計

綠化帶設計是海綿城市理念下城市道路排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設計的關鍵部分，通過對綠化帶精準設計，可以將雨水凈流量進行科學控制，可將城市雨水導致洪災概率極大降低，同時也可以將雨水給城市道路路基造成的損害減少，綠化帶設計可以將城市道路中硬化區(qū)域作為匯水區(qū)，松軟的綠地可以作為水分儲存以及滯留場所。另外，設計人員在進行綠化帶設計期間，還應留出排水通道，因此，設計人員在進行綠水帶方案設計期間，應做好關于水文方面計算，將雨水年凈流總量進行椎確控制，避免城市出現(xiàn)洪澇問題的同時，為城市景觀效果增強提供便利。

4.4 雨水智能板設計

4.4.1 雨水智能板應用

海綿城市理念下城市道路排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設計，設計人員可以采用雨水智能板。雨水智能板設計期間，雨水智能板一般會被技術人員在道路上面層以及中間面層中間，可以產(chǎn)生雨水感應，如果下雨，可以透過上面層的材料將雨水吸收。晴天，可以在陽關感應下，在智能管理以及車輛荷載共同的作用下，將存在在雨水智能板濃縮水PVC 管道進行改進設計，例如可以安裝光感應設備，進而使其可以匯入道路路基雨水蓄水模塊箱系統(tǒng)。

道路路基有上面層、中面層以及下面層、基層，雨水智能板在道路上面層以及中面層之間。由于雨水是對道路穩(wěn)定性。強度以及剛度會產(chǎn)生影響，而雨水智能板吸水性，可以將雨水進入基層的情況阻止，使得道路穩(wěn)定性得到良好保障。另外，雨水智能板本身也存在較強抗壓性，可以滿足城市道路排水系統(tǒng)創(chuàng)新設計需求，保障道路路基可靠性。為了保障路基強度，技術人員可以對將路基的上面層以及中面層厚度適當增加1cm～3cm，并在城市路面上鋪設磨耗層。

4.4.2 雨水智能板優(yōu)勢

雨水智能板基礎特征高強吸水性、抗壓性以及耐久性，高強吸水性，就仿佛高強海綿可以將水分吸收，將其變?yōu)闈饪s水，滿足本次城市道路排水系統(tǒng)創(chuàng)新設計中以海綿理論為主的創(chuàng)新需求。而抗壓性體現(xiàn)為雨水智能板可抵抗地面車荷載，避免道路被破壞，耐久性壽命周期是50年。環(huán)保型體現(xiàn)本雨水智能板所用到材料是對環(huán)境無污染且可以進行回收材料。在排水系統(tǒng)創(chuàng)新設計中，利用雨水智能板創(chuàng)新點在于傳統(tǒng)的排水模式多是做坡度排入邊溝以及下水道管，可能會造成排水不夠均勻，不充分，會出現(xiàn)積水，排水隨效率較低，而雨水智能板在透水性的上面層透過的一部分水縱向排水以及材料高吸水性，將雨水實施科學收集，之后通過凈水裝置將收集到與水資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢灾貜屠玫乃?，保障雨水循環(huán)利用。

4.5 雨水過濾凈化回收裝置的設計

在城市道路中，可以應用海綿理論建設理念設計雨水過濾凈化裝置，其主要負責道路與水再利用，可以將城市水資源浪費問題有效處理，這種凈化裝置設計，將蓄水箱內(nèi)部水資源以用水區(qū)域不同降水提提出要求，之后分別處理，對已經(jīng)經(jīng)過凈化后的水分質(zhì)充分利用，其可以以不同渠道進入雨水蓄水模塊裝置，分別是道路橫坡度以及接通過透水瀝青混合料的上面層進入雨水智能板。在通過道路橫坡度后，雨水會流入盲溝以及凹式綠化帶下生態(tài)邊溝，之后雨水會進入綠地調(diào)蓄池，雨水中有一部分會下滲，另外一部分會在主雨水管中直接進入到雨水蓄水模塊箱。透水瀝青混合料上面層進入雨水智能板，這在已經(jīng)經(jīng)過改進的PVC管有著特殊作用，雨水重新進入模塊箱。通過如此設計，可以將城市道路與水排水系統(tǒng)分為豎向以及橫向排水，將城市道路排水速度提高，避免出現(xiàn)城市內(nèi)澇。另外，蓄水模塊中的水資源經(jīng)過提升泵的抽取，會在PVC管作用下進入過濾凈化裝置，將雨水轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢匝h(huán)利用水源。

針對地塊較大面積的綠地內(nèi)設置雨水花園，通過局部下凹的微地形收集周邊路面或綠地的雨水。雨水花園底部比周邊低0.4m，內(nèi)設置雨水溢流井，溢流井標高高于底部0.3m，溢流井設置間距為20m，溢流至雨水管網(wǎng)。

4.6 綠地調(diào)蓄池的設計

城市道路排水系統(tǒng)應重視對綠地水資源排放，設置綠地調(diào)蓄池，通過道路橫坡度，將雨水排放到綠帶生態(tài)邊溝，匯集的雨水會逐漸被釋放，有的進入喝水水體，也有的水資源會直接下滲，還有部分雨水在橫支管作用下進入雨水蓄水模塊箱，將夏季洪水高峰流量減少，使得土壤水體平衡得以有效調(diào)節(jié)。綠地雨水蓄水模塊箱優(yōu)勢有凈化雨水，減少于水流失，在過濾以及沉淀作用下，將雨水中泥沙滯留，通過一系列措施將雨水進行調(diào)蓄，保障洪峰雨水流量不至于過大。調(diào)蓄設施以綠地等的形式布置，使得綠地維持原有綠化功能。

下沉式綠地具有俠義和廣義之分，俠義的下沉式綠地指地獄周邊鋪砌地面或道路在200mm 以內(nèi)的綠地，廣義的下沉式綠地泛指具有一定的調(diào)蓄容積，在以徑流總量控制為目標分解或設計計算時，不包括調(diào)節(jié)容積且可用于調(diào)蓄和凈化徑流雨水的綠地，包括生物滯留設施，滲透塘，濕塘，雨水濕地，調(diào)節(jié)塘等，俠義的下沉式綠地應滿足以下要求。

（1）下沉式綠地的下凹深度應根據(jù)植物耐淹性和土壤滲透來確定，一般為100mm～200mm。

（2）下沉式綠地內(nèi)一般應設置溢流口（如雨水口），保證暴雨時徑流的溢流排放，溢流口頂部標高應高于綠地50mm～100mm。

下沉綠地率＝廣義下沉綠地面積/綠地總面積

4.7 雨水過濾凈化裝置設計

城市道路排水系統(tǒng)創(chuàng)新設計應在海綿城市理論基礎上，對收集到的水資源進行處理，這就需加強對凈水裝置設計，可以將雨水過濾設備在地底深處位置埋置，將其與蓄水模塊通過PVC管連接。道路上雨水中雜質(zhì)多是懸浮顆粒物，應對其實施物理處理，例如可以利用篩網(wǎng)過濾，之后使用旋流分離器，將雨水以及懸浮顆粒物分離，達到對雨水凈化效果，通過凈化之后的雨水可以用來灌溉。如果將這類水資源經(jīng)過自來水廠處理，就可以成為人們生活用水。

5 結束語

海綿城市理念已經(jīng)獲得國家相關文件認可，并應用于一些行業(yè)中。在城市發(fā)展中，道路在雨水不斷作用下產(chǎn)生不同程度破壞，需以海綿城市理念為依據(jù)，對城市道路排水系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計，保障道路雨水得到有效處理，在創(chuàng)新設計中，可以對雨水過濾凈化裝置設計、重視雨水智能板應用、設計雨水過濾凈化回收裝置、排水溝設計、綠化帶設計等，減少城市內(nèi)澇產(chǎn)生。